NVIDIA NICソリューション：RDMA/RoCE低遅延伝送最適化のための導入の基本

AIと高性能コンピューティングの時代において、ネットワークレイテンシは重要なボトルネックとなっています。NVIDIAのネットワークインターフェースカードは、高度なRDMAとRoCE機能を備え、このボトルネックを解消し、データ集約型ワークロードに前例のないパフォーマンスを提供するために特別に設計されています。

NVIDIAの高性能ネットワーキングへのアプローチは、信頼性を維持しながら、従来のネットワークスタックのオーバーヘッドを排除することを中心に展開しています。このアーキテクチャは、いくつかの重要な原則に基づいています。

• データ転送におけるCPUの関与を排除するためのカーネルバイパスメカニズム
• ゼロコピー操作のためのハードウェアベースのトランスポートオフロード
• アプリケーションメモリとネットワーク間の超低レイテンシパス
• スマートな輻輳制御とトラフィック管理

Remote Direct Memory Access（RDMA）は、データがネットワークを介して移動する方法における根本的な変化を表しています。NVIDIAの実装は以下を提供します。

• CPUの介入なしでの直接メモリ間転送
• ラック内通信で1マイクロ秒未満のレイテンシ
• パケットサイズに関係なく、回線速度のスループット
• CPU使用率の最小化、アプリケーションワークロードのためのサイクルを解放

これにより、NVIDIA NICは、RDMAが従来のネットワーキングと比較してトレーニング時間を最大40％短縮できるAIトレーニングクラスターに特に有効です。

RDMA over Converged Ethernet（RoCE）は、標準的なイーサネット環境でRDMAを展開するための主要なプロトコルとして登場しました。NVIDIAのRoCE実装には以下が含まれます。

• IPルーティング機能を備えたRoCE v2の包括的なサポート
• 高度な輻輳制御アルゴリズム（DCQCN、TIMELY）
• ロスレスイーサネットのための優先度ベースのフロー制御（PFC）
• 拡張された明示的輻輳通知（ECN）メカニズム

最大のRDMAパフォーマンスのためにNVIDIA NICを展開するには、いくつかの重要な領域に注意を払う必要があります。

• ネットワークインフラストラクチャ構成: スイッチでの適切なPFCおよびECN設定
• MTUアライメント: 効率的な大規模転送のためのジャンボフレーム（通常9000 MTU）
• キューペア管理: アプリケーションのニーズに基づいた最適なキューペア数
• バッファ割り当て: スタベーションを防ぐための十分な受信バッファ

NVIDIA NICは、アプリケーションがRDMA機能を活用するように特別に設計されている場合に最大のメリットを提供します。

• RDMA操作に最適化されたMPI実装
• リモートブロックアクセスにRDMAを使用するストレージシステム
• パラメータ同期のためにRDMAを組み込んだAIフレームワーク
• 分散トランザクション処理にRDMAを利用するデータベースシステム

最適なRDMAパフォーマンスを維持するには、包括的な監視機能が必要です。

• 輻輳検出と分析のためのリアルタイムテレメトリ
• 迅速な問題特定のための詳細なエラーカウンター
• ネットワーク全体の可視性のためのNVIDIA NetQとの統合
• RoCE接続の問題に関する高度な診断

AIトレーニングシナリオでは、RDMAを備えたNVIDIA NICは、次のような大きな利点を示しています。

• オールリデュース操作のためのほぼ無限の帯域幅
• 同期トレーニングのための決定論的レイテンシ
• 数千のノードにわたるスケーラブルなパフォーマンス
• NVIDIA GPUDirectテクノロジーとのシームレスな統合

NVIDIAのハードウェア専門知識と包括的なソフトウェアエコシステムの組み合わせは、次世代AIインフラストラクチャを構築する組織にとって魅力的なソリューションを生み出します。RDMAおよびRoCEテクノロジーに焦点を当てることで、NVIDIA NICは、真に高性能なネットワーキングを追求する上で不可欠なコンポーネントとしての地位を確立しています。

データ量が増加し続け、レイテンシ要件が厳しくなるにつれて、NVIDIAのネットワーク技術の進歩への取り組みは、同社のNICソリューションが高性能コンピューティングインフラストラクチャの最前線であり続けることを保証します。